Elektrische
Kontakteinrichtungen der eingangs genannten Art dienen der elektrischen
Prüfung
eines elektrischen Prüflings,
beispielsweise eines Wafers. Für
die elektrische Prüfung
wird die Kontakteinrichtung in eine Prüfmaschine eingesetzt. Die Kontakteinrichtung
besitzt eine Vielzahl von Prüfkontakten,
die beispielsweise als Knicknadeln ausgebildet sind. Die freien
Enden der Knicknadeln dienen der Berührungskontaktierung des Prüflings.
Die Prüfmaschine
hat die Aufgabe, den Prüfling
so unterhalb der Kontakteinrichtung zu positionieren (X- und Y-Ausrichtung)
und den Prüfling
derart anzuheben (Z-Ausrichtung),
dass die Knicknadeln mit entsprechenden Kontakten des Prüflings für die Prüfung berührungskontaktieren.
Ferner hat die Prüfmaschine die
Aufgabe, elektrische Verbindungen zwischen der Kontakteinrichtung
und einem Tester herzustellen. Mittels des Testers wird die elektrische
Prüfung
des Prüflings
durchgeführt,
das heißt,
es werden elektrische Prüfstromkreise
mit dem Prüfling
aufgebaut, um eine Funktionsprüfung
durchzuführen.
Die Prüfstromwege
verlaufen vom Tester über
die Kontakteinrichtung zum Prüfling
und von dort aus zurück zum
Tester. Für
die Ausrichtung von Kontakteinrichtung und Prüfling werden vorzugsweise Kameras
zu Hilfe genommen, die die Lage des Prüflings auf einem so genannten
Prüflingsträger (Chuck)
der Prüfmaschine
(Prober) und die Lage der Na delspitzen der Knicknadeln sehr präzise (auf
wenige μm
genau) erfassen und hierdurch eine hinreichend genaue Ausrichtung
der Bauteile relativ zueinander ermöglichen, sodass bei einer Kontaktierung
die Knicknadeln präzise
Kontakt zu den Kontakten des Prüflings erhalten.
Meist sind viele Kontaktierungsvorgänge erforderlich, um einen
Prüfling,
beispielsweise einen Wafer, umfassend auf Funktionsfähigkeit
zu prüfen. Für eine einwandfreie
Prüfung
ist es erforderlich, dass zwischen dem Tester und dem Prüfling kontaktsichere
Prüfstromwege
ausgebildet werden. Hierzu ist es erforderlich, den Prüfling sehr
präzise
unterhalb der Kontakteinrichtung zu positionieren und dann mit einer
Z-Aufwärtsbewegung
mit geeigneter Anpresskraft an die Prüfkontakte der Kontakteinrichtung
anzudrücken.
Eine Abstützvorrichtung
(Stiffener) hat die Aufgabe, die Kräfte, die durch das Anpressen
des Prüflings
an die Kontakteinrichtung auftreten, sicher und ohne dass unzulässige Verwertungen
und/oder Durchbiegungen auftreten, an die Prüfmaschine abzuleiten. Eine
bekannte Prüfmaschine
weist hierzu ein als Zwischenring ausgebildetes Zwischenbauteil (Probecard
Holder Ring) auf. Dieser, der Prüfmaschine
zugeordnete Zwischenring ist in der Prüfmaschine verfahrbar gelagert.
Die Prüfmaschine
weist an der Front eine Klappe auf, die sich öffnet, wenn der Zwischenring
auf einer Art Schublade herausfährt,
sodass er mit der Kontakteinrichtung bestückt werden kann. Die vorstehend
beschriebene Anordnung entspricht etwa dem Prinzip eines CD-ROM-Laufwerks, dass
sich durch Ausfahren einer Schublade öffnet, um eine CD einzulegen.
Zur erwähnten
Bestückung wird
die Kontakteinrichtung in den Zwischenring eingelegt und mit ihm
mittels mehrerer, am Umfang verteilter, kleiner Gewindeschrauben
verschraubt. Zentrierstifte im Zwischenring und entsprechende Bohrungen
in der Kontakteinrichtung ermöglichen
dabei eine genaue Aus richtung der Kontakteinrichtung zum Zwischenring.
Nun kann die Prüfmaschine
den Zwischenring samt Kontakteinrichtung in ihr Inneres durch Hineinfahren
aufnehmen, sodass die Kontakteinrichtung an den für den Test
vorgesehenen Ort verschoben wird. Hierbei kann auch ein Rotieren und/oder
Anheben erfolgen. Abschließend
wird der Zwischenring in der Prüfmaschine
arretiert. Auch bei einer Prüfmaschine
ohne Schubladen-Be- und Entladung ist ein derartiger Zwischenring
vorgesehen, der Bestandteil der Prüfmaschine ist und in ihr stets
platziert oder in diese einsetzbar ausgestaltet ist.
Bei
relativ großen
Kontakteinrichtungen (zum Beispiel Vertikal-Prüfkarten),
die eine Vielzahl von Prüfkontakten
haben, derzeit mehr als tausend Prüfkontakte (Prüfnadeln),
entstehen bei der Kontaktierung vorzugsweise vertikale Kräfte in der
Kontakteinrichtung. Je nach Anzahl der Prüfkontakte (Prüfnadeln)
können
Prüfkräfte zum
Beispiel zwischen 10 N und 4000 N auftreten, die von der erwähnten Abstützvorrichtung
(Stiffener) aufgenommen und an den Zwischenring weitergegeben und
von diesem an die Prüfmaschine übertragen
werden. Um eine einwandfreie Funktion des Gesamtsystems zu gewährleisten,
ist es erforderlich, die Komponenten Kontakteinrichtung und Zwischenring
sehr verwindungssteif aufzubauen, da die der Kontakteinrichtung
zugehörigen
Prüfkontakte,
insbesondere wenn sie als Knicknadeln beziehungsweise Knickdrähte ausgebildet sind,
lediglich einen sehr kleinen maximalen Kontakthub (zum Beispiel
50 μm bis
zu 200 μm)
aufweisen und folglich während
der Kontaktierung eine Verwindung und/oder Durchbiegung des Gesamtsystems sehr
klein sein muss gegenüber
dem genannten maximalen Kontakthub. Will die Prüfmaschine beispielsweise einen
Kontakthub von 150 μm
einstellen und es liegt eine unzureichende Steifigkeit des Systems vor,
sodass zum Beispiel durch Verbiegung ein effektiv an den jeweiligen
Prüfkontakten
wirksamer Hubkontakt wesentlich kleiner ist, zum Beispiel nur noch 70 μm, so ist
eine sichere Kontaktierung des Prüflings nicht gewährleistet.
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Kontakteinrichtung
der eingangs genannten Art anzugeben, mit der eine sichere und reproduzierbare
Kontaktierung eines Prüflings zu
dessen Prüfung
möglich
ist.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass zur Ausbildung einer permanenten Moduleinheit die Abstützvorrichtung
mit einem eigenen, nur dieser Kontakteinrichtung zugehörigen Zwischenbauteil
verbunden ist. Demzufolge ist nicht mehr der Prüfmaschine ein einziges Zwischenbauteil,
insbesondere Zwischenring, zugeordnet, in den die verschiedenen
Kontakteinrichtungen einsetzbar sind, sondern jede Kontakteinrichtung
weist ein eigenes Zwischenbauteil auf. Unabhängig davon, ob die Kontakteinrichtung
in die Prüfmaschine
eingesetzt ist oder nicht, stets besitzt sie ihr eigenes Zwischenbauteil,
das optimal mit der Abstützvorrichtung
aufgrund individueller Anpassung verbunden ist und daher kein Schnittstellenproblem
auftritt, das sich beispielsweise als unzureichende Steifigkeit
des Systems bemerkbar machen könnte.
Die erwähnte
Schnittstelle ist nunmehr nicht bei jedem Einsetzen einer Kontakteinrichtung
in die Prüfmaschine
herzustellen, sondern sie besteht permanent zwischen der Abstützvorrichtung
und dem Zwischenbauteil, da das Zwischenbauteil stets der zugehörigen Kontakteinrichtung
zugeordnet ist. Daher muss nicht auf eine stets zu lösende und
dann wieder herzustellende Schnittstelle Rücksicht genommen werden, und
es lässt
sich erfindungsgemäß ein wesentlich
steiferer Verbund realisieren.
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass Abstützvorrichtung
und Zwischenbauteil zu einem gemeinsamen Bauteil miteinander verbunden
sind. Diese Verbindung muss nicht schnittstellenfrei sein, dass
heißt,
die beiden Teile können
miteinander für
ihre Verbindung beispielsweise verschraubt sein, jedoch wird diese
Verschraubung nicht permanent geöffnet
und wieder hergestellt, sondern bei der Herstellung der Kontakteinrichtung
werden diese Bauteile verbunden und bleiben dann verbunden, sodass
eine hohe Genauigkeit und Präzision
vorliegt. Das erwähnte
gemeinsame Bauteil kann insbesondere auch durch Verkleben von Abstützvorrichtung
und Zwischenbauteil erzeugt werden, wodurch sich ebenfalls eine
hoch belastbare und präzise
Verbindung schaffen lässt.
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass Abstützvorrichtung
und Zwischenbauteil einstückig
miteinander verbunden sind. Hierdurch entfällt sogar die erwähnte Schnittstelle,
sodass eine sehr steife und hochgenaue Konstruktion vorliegt.
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kontakteinrichtung
als Prüfkarte
ausgebildet ist. Die Prüfkarte
ist vorzugsweise eine Vertikal-Prüfkarte. Dies bedeutet, dass
sie in horizontaler Lage vertikal orientierte Prüfkontakte, insbesondere Prüfstifte
oder Prüfnadeln,
vorzugsweise Knicknadeln beziehungsweise Knickdrähte, aufweist. Diese Prüfkontakte
gehören
vorzugsweise einem Kontaktkopf an. Mit den Prüfkontakten des Kontaktkopfs wird
die elektrische Berührungskontaktierung
des Prüflings
bei dessen Prüfung
durchgeführt.
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abstützvorrichtung
eine vordere Abstützung
und eine hintere Abstüt zung
aufweist. Die vordere Abstützung
befindet sich auf der Seite der Kontakteinrichtung, die dem Prüfling zugekehrt ist.
Die hintere Abstützung
liegt demzufolge auf der Seite der Kontakteinrichtung, die dem Prüfling abgewandt
liegt.
Insbesondere
ist vorgesehen, dass die hintere Abstützung zur Ausbildung der permanenten
Moduleinheit mit dem Zwischenbauteil verbunden ist. Die vordere
Abstützung
ist vorzugsweise mit der hinteren Abstützung verbunden.
Zwischen
der vorderen Abstützung
und der hinteren Abstützung
ist bevorzugt ein Verdrahtungsträger,
insbesondere eine Leiterplatte, angeordnet. Diese Leiterplatte weist
auf ihrer dem Kontaktkopf zugeordneten Seite Kontakte auf, die über entsprechende
Leiterbahnen mit Kontakten verbunden sind, die sich auf ihrer Rückseite,
also auf der dem Prüfkopf
abgewandten Seite befinden. Während
die Kontakte auf der Vorderseite des Verdrahtungsträgers sehr
eng beieinander liegen und sehr klein ausgestaltet sind, damit die
entsprechend eng beieinander liegenden Kontakte des Prüflings über die
zwischengestalteten Prüfkontakte
kontaktiert werden können, sind
die auf der Rückseite
des Verdrahtungsträgers angeordneten
Kontakte größer und
weiter auseinander liegend ausgebildet, sodass problemlos der bereits
erwähnte
Tester angeschlossen werden kann. Demzufolge dient der Verdrahtungsträger als
Umsetzeinrichtung, um einen sehr engen Kontaktabstand auf einen
größeren Kontaktabstand
umzusetzen.
Ferner
ist es vorteilhaft, wenn Kontakte des Verdrahtungsträgers mit
den Prüfkontakten
des Kontaktkopfs in Berührungskontakt
stehen. Hierauf wurde bereits vorstehend eingegangen. Die Prüfkontakte sind
somit nicht fest mit den Kontakten des Verdrahtungsträgers verbunden,
sondern durch Anlage der sich vorzugsweise vertikal erstreckenden
Knicknadeln beziehungsweise Knickdrähte an den Kontakten des Verdrahtungsträgers. Diese
Anlage wird durch den Kontaktdruck beim Kontaktieren des Prüflings unterstützt.
Ferner
betrifft die Erfindung eine elektrische Prüfvorrichtung für die Prüfung eines
elektrischen Prüflings,
mit einer Prüfmaschine
(Prober), in die jeweils eine der Berührungskontaktierung des Prüflings dienenden
Kontakteinrichtung, insbesondere eine wie vorstehend beschrieben,
wählbar
aus einer Vielzahl von vorzugsweise verschiedenen Kontakteinrichtungen
einsetzbar ist, und mit mindestens einem Zwischenbauteil zum Halten
der jeweils verwendeten Kontakteinrichtung in der Prüfmaschine,
wobei jede Kontakteinrichtung mit einem eigenen Zwischenbauteil
zur jeweiligen Ausbildung einer permanenten Moduleinheit ausgestattet
ist. Wenn in eine derartige Prüfmaschine
somit eine Kontakteinrichtung eingesetzt wird, so weist diese ihr
eigenes Zwischenbauteil, insbesondere ihren eigenen Zwischenring,
auf, der stets an der Kontakteinrichtung verbleibt, unabhängig davon,
ob diese zur Prüfung
gerade verwendet wird und sich somit in der Prüfmaschine befindet oder für spätere Einsatzzwecke
außerhalb
der Prüfmaschine
gelagert wird. Demzufolge wird nicht mehr – wie im Stand der Technik – einer Kontakteinrichtung
jeweils ein und dasselbe Zwischenbauteil zugeordnet, das der Prüfmaschine
angehört
und demzufolge nur einmal vorhanden ist, sodass unterschiedliche
Kontakteinrichtungen, die der Prüfung
unterschiedlicher Prüflinge
dienen, stets mit dem gleichen Zwischenbauteil verbunden werden müssen. Hier
schafft die Erfindung dadurch Abhilfe, dass so viele Zwischenbauteile
vorhanden sind, wie Kontakteinrichtungen vorliegen, das heißt, jede
Kontakteinrichtung hat ihr eigenes Zwi schenbauteil, sodass jede
Kontakteinrichtung mit dem Zwischenbauteil eine permanente Moduleinheit
bildet.
Die 1 zeigt
eine elektrische Prüfvorrichtung 1,
die der Prüfung
eines aus der 1 nicht hervorgehenden Prüflings dient.
Die Prüfvorrichtung 1 weist
eine Prüfmaschine 2 (Prober)
auf, in die eine Kontakteinrichtung 3 eingesetzt ist. Die
Kontakteinrichtung 3 wird vorzugsweise mittels einer Schubladenkonstruktion ähnlich der
eines CD-ROM-Laufwerks in die Prüfmaschine 2 eingesetzt.
Die Kontakteinrichtung 3 ist als Prüfkarte 4, insbesondere
Vertikal-Prüfkarte 5,
ausgebildet. Letzteres bedeutet, dass sie in einem Kontaktkopf 6 eine
Vielzahl von Prüfkontakten 7 aufweist,
die als Nadeln, insbesondere Knicknadeln 8, ausgebildet
sind, die quer, insbesondere vertikal, zur vorzugsweise horizontalen
Prüfebene
verlaufen. „Knicknadeln" bedeutet, dass diese jeweils
eine leichte Durchbiegung aufweisen, sie also von einer geradlinigen
Form abweichen. Die Durchbiegung kann beispielsweise durch versetzt
liegende Halteöffnungen einer
Führung 9 hervorgerufen
werden, in denen die Knicknadeln längsverschieblich lagern. Wird
der Prüfling
gegen die vorzugsweise spitz auslaufenden freien Enden der Knicknadeln 8 gedrängt, so
können
diese aufgrund der Durchbiegung leicht ausfedern und hierdurch Abstandsunregelmäßigkeiten
ausgleichen und sehr gut kontaktieren.
Wie
bereits vorstehend erwähnt,
werden die Knicknadeln 8 in der Führung 9 gehalten,
wobei die einen Enden der Knicknadeln 8 freie Enden bilden, die
dem Berührungskontaktieren
des Prüflings
dienen. Die anderen Enden der Knicknadeln 8 liegen an Kontakten 12 eines
Verdrahtungsträgers 10,
vorzugsweise einer Leiterplatte 11, der Kontaktanordnung 3 an.
Die erwähnten
Kontakte 12 der Leiterplatte 11 sind mit auf der
anderen Seite der Leiterplatte 11 liegenden Kontakten 13 verbunden,
beispielsweise über
Leiterbahnen 41 der Leiterplatte 11. Die Kontakte 13 werden
an einen Tester angeschlossen, der in der 1 nicht
gezeigt ist und der dazu dient, Prüfstromwege zum Prüfling durchzuschalten,
um den Prüfling
auf elektrische Funktionsfähigkeit
zu prüfen. Während die
von den Knicknadeln 8 berührten Kontakte 12 der
Leiterplatte 11 extrem eng beieinander liegen, können die
Kontakte 13 über
eine weitaus größere Fläche verteilt
angeordnet werden, sodass der Anschluss des Testers problemlos möglich ist. Zur
Versteifung der Kontakteinrichtung 3 ist eine Abstützvorrichtung 14,
bestehend aus einer vorderen Abstützung 15 und einer
hinteren Abstützung 16 vorgesehen.
Die Abstützvorrichtung 14 dient
dazu, den Kontaktdruck aufzunehmen, der entsteht, wenn der Prüfling – wie nachstehend
noch näher
beschrieben werden wird – gegen
die Knicknadeln 8 zur Berührungskontaktierung gedrängt wird.
Die 2 zeigt
die elektrische Kontakteinrichtung 3 der 1 in
vergrößerter Darstellung.
Es handelt sich um eine Querschnittsansicht. Grundsätzlich ist
davon auszugehen, dass der Verdrahtungsträger 10 als flächiges Bauteil,
insbesondere als Kreisscheibe, ausgebildet. Entsprechendes gilt für den Kontaktkopf 6,
der vorzugsweise ebenfalls eine kreisscheibenartige Form aufweist.
Natürlich sind
auch andere Formen des Kontaktkopfes wie beispielsweise rechteckig
oder quadratisch scheibenartige Formen denkbar. Die Abstützvorrichtung 14 ist – bei dreidimensionaler
Betrachtung – ebenfalls
flächig ausgeführt. Insbesondere
bildet die vordere Abstützung 15 einen
Versteifungsring 24 und die hintere Abstützung 16 einen
Versteifungsteller 25, von dem – über den Umfang verteilt – eine Viel zahl
von Stützarmen 26 ausgehen.
Vorzugsweise sind acht Stützarme 26 über den
Umfang verteilt vorgesehen. Es können
auch mehr oder weniger viele Stützarme 26 vorgesehen
sein. Die Prüfmaschine 2 weist
zur Aufnahme der Kontakteinrichtung 3 eine Aufnahme 27 auf. Die
Stützarme 26 überragen
eine Stützfläche 28 der hinteren
Abstützung 16 mit
Stützarmabschnitten 29, die
in randoffenen Schlitzen des Verdrahtungsträgers 10 einliegen.
Die randoffenen Schlitze sind aus der 2 aufgrund
der gewählten
Schnittführung
der Querschnittsdarstellung nicht ersichtlich. Die Stützarme 26 sind
im Bereich ihrer Stützarmabschnitte 29 mit
einem Zwischenbauteil 30 verbunden, das als Zwischenring 31 ausgebildet
ist und in der Prüfmaschine 2 positionsgenau
befestigt/arretiert werden kann. Hierzu sind entsprechende Kopplungsmittel vorgesehen,
die in der 2 jedoch nicht dargestellt sind.
Von Bedeutung ist nun, dass die Abstützvorrichtung 14 – wie aus
der 2 ersichtlich – mit dem Zwischenbauteil 30 verbunden
ist, derart, dass eine permanente Moduleinheit 32 ausgebildet
wird, das heißt,
dass die Kontakteinrichtung 3 ein eigenes, ihr zugehöriges Zwischenbauteil 30 aufweist,
das Zwischenbauteil 30 demzufolge nicht der Prüfmaschine 2 angehört, sondern
dass jede in die Prüfmaschine 2 eingesetzte
Kontakteinrichtung 3 ein eigenes Zwischenbauteil 30 fest
verbunden aufweist, sodass beim Einsetzen der Kontakteinrichtung 3 in
die Prüfmaschine 2 keine
mechanische Schnittstelle der genannten Art geschlossen werden muss,
sondern dass diese Bauteile bereits fest miteinander verbunden sind.
Dies kann eine feste solide Verschraubung sein, eine Verklebung 33 wie
in der 2 angedeutet, oder aber eine einstückige Ausbildung,
die aus der 3 hervorgeht. Während also
in der 2 die Abstützvorrichtung 14 zur
Bildung eines gemeinsamen Bauteils 34 mit dem Zwischenbauteil 30 verbunden
ist, beispielsweise durch die erwähnte Verklebung 33,
wobei im dargestellten Fall der 2 die hintere
Abstützung 16 mit
dem Zwischenbauteil 30 verbunden ist, liegt beim Ausführungsbeispiel
der 3 eine Einstückigkeit
vor, das heißt,
die hintere Abstützung 16 und
das Zwischenbauteil 30, das insbesondere als Zwischenring 31 ausgebildet
ist, sind einstückig
miteinander verbunden. Im letzten Falle wird auf eine Schnittstelle
vollkommen verzichtet, sodass insgesamt eine besonders steife Konstruktion vorliegt,
sodass beim Kontaktieren des Prüflings
keine Verwindungen oder Verformungen auftreten, die die Kontaktierung
negativ beeinflussen. Die vordere Abstützung 15 ist mit der
hinteren Abstützung 16 über den
Verdrahtungsträger 10 durchgreifende
Verbindungsmittel (nicht dargestellt) verbunden.